Assimilation de mesures chimiques d'ozone au niveau de la tropopause dans un modèle de chimie-transport global PDF Download
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Book Description
La région de la tropopause est particulièrement importante du point de vue de la dynamique et de la composition chimique de l'atmosphère car elle est le siège d'échanges entre deux milieux très différents, la troposphère et la stratosphère. De forts gradients verticaux rendent toutefois sa représentation difficile dans les modèles numériques de chimie et de transport. L'objectif de cette thèse est de contraindre les simulations numériques à l'aide d'observations de manière à obtenir une meilleure représentation du champ d'ozone dans cette région, qui puisse servir de base pour des études phénoménologiques. Le modèle utilisé est le modèle de chimie-transport d'échelle globale MOCAGE de Météo-France. Les observations proviennent du programme européen MOZAIC, qui équipe depuis 1993 des avions de ligne commerciaux de capteurs d'ozone, de vapeur d'eau et d'autres composants minoritaires, et dont l'intérêt est de se situer au niveau de la tropopause. Notre étude a montré que le principal défaut du modèle sans assimilation est une tendance à lisser progressivement le gradient vertical d'ozone à la tropopause, et que l'assimilation a pour effet de corriger ce défaut : elle renforce ce gradient par un ajout d'ozone dans la basse stratosphère et une baisse d'ozone dans la haute troposphère. Plusieurs techniques d'assimilation ont été développées et ont été comparées ; les meilleurs résultats correspondent à une assimilation dans un système de coordonnées épousant le flux...
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La région de la tropopause est particulièrement importante du point de vue de la dynamique et de la composition chimique de l'atmosphère car elle est le siège d'échanges entre deux milieux très différents, la troposphère et la stratosphère. De forts gradients verticaux rendent toutefois sa représentation difficile dans les modèles numériques de chimie et de transport. L'objectif de cette thèse est de contraindre les simulations numériques à l'aide d'observations de manière à obtenir une meilleure représentation du champ d'ozone dans cette région, qui puisse servir de base pour des études phénoménologiques. Le modèle utilisé est le modèle de chimie-transport d'échelle globale MOCAGE de Météo-France. Les observations proviennent du programme européen MOZAIC, qui équipe depuis 1993 des avions de ligne commerciaux de capteurs d'ozone, de vapeur d'eau et d'autres composants minoritaires, et dont l'intérêt est de se situer au niveau de la tropopause. Notre étude a montré que le principal défaut du modèle sans assimilation est une tendance à lisser progressivement le gradient vertical d'ozone à la tropopause, et que l'assimilation a pour effet de corriger ce défaut : elle renforce ce gradient par un ajout d'ozone dans la basse stratosphère et une baisse d'ozone dans la haute troposphère. Plusieurs techniques d'assimilation ont été développées et ont été comparées ; les meilleurs résultats correspondent à une assimilation dans un système de coordonnées épousant le flux...
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La region de la tropopause est particulierement importante du point de vue de la dynamique et de la chimie de l'atmosphere. L'objectif est ici de contraindre des simulations numeriques par assimilation d'observations afin d'obtenir une meilleure representation du champ d'ozone dans cette region. Pour cela on utilise le modele de chimie-transport MOCAGE de Meteo-France, et les observations d'ozone du programme europeen MOZAIC. Notre etude a montre que le principal defaut du modele est une tendance a lisser le gradient vertical d'ozone a la tropopause, et que l'assimilation a pour effet de corriger ce defaut. Plusieurs techniques d'assimilation ont ete developpees et comparees. Les meilleurs resultats correspondent a une assimilation dans un systeme de coordonnees epousant le flux. Les analyses produites servent ensuite de base a une etude des echanges d'ozone a la tropopause.
Author: Noureddine Semane Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 160
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As in meteorology and oceanography, data assimilation combines in an optimal way chemistry-transport models and observations. In this work, the assimilation of remote-sensing chemical measurements of ozone (O3) and nitrous oxide (N2O) aims at better characterizing their three-dimensional distributions. The objective is to get insight into the coupled chemical and dynamical phenomena in the upper troposphere - lower stratosphere (UTLS). This work uses two complementary tools in Météo-France: one is based on the three dimensional chemistry and transport model MOCAGE and the PALM software of CERFACS using the 3D-FGAT variational technique; the other is an extension of the operational suite of the numerical weather prediction ARPEGE using the 4D-Var variational technique. On one hand, the assimilated fields (MOCAGE-PALM analyses) are used for the study of the polar stratospheric chemistry and dynamics and also for the meridional transport and stratosphere-troposphere exchanges. On the other hand, the chemistry-dynamics coupled assimilation in ARPEGE is used to assess the dynamical impact of ozone observation in the UTLS region.
Author: Peter Borrell Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642597181 Category : Science Languages : en Pages : 446
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A major environmental concern is the increasing burden on all scales of photo-oxidants, acidifying substances and potential nutrients in the troposphere. These lead to episodes of summer smog, and appreciable damage to eco-systems both on land and at sea. Underlying the environmental effects is the complex scientific problem of linking the man-made and biological emissions to the myriad chemical reactions that transform the pollutants as they are transported to and deposited in the surroundings and also pristine areas remote from the sources. The project, the scientific results of which are described in this book, was set up to study the problem in an inter-disciplinary way by co-ordinating the work of more than 150 research groups in some 20 countries.
Author: Adolf Ebel Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3662034700 Category : Science Languages : en Pages : 449
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The end result of policy-related experimental and theoretical scientific work on the abatement of atmospheric emissions is a hierarchy of computer models that can be used to analyse and predict the behaviour of pollutants on urban, local regional and global scales. Such models are required to simulate an extremely complex natural situation in which a non-linear chemistry must be included together with the vagaries of the meteorology and the terrain. This book describes recent advances in the development and application of models on all scales, and in the techniques for the estimation and verification of emissions. It includes reviews of recent work together with detailed results and provides a useful picture of the field in a European context.
Author: National Research Council Publisher: National Academies Press ISBN: 0309034817 Category : Science Languages : en Pages : 209
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In a giant step toward managing today's pollution problems more effectively, this report lays out a framework to coordinate an interdisciplinary and international investigation of the chemical composition and cycles of the troposphere. The approach includes geographical surveys, field measurements, the development of appropriate models, and improved instrumentation.
Author: Peter Borrell Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642188753 Category : Science Languages : en Pages : 456
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It is now possible to determine concentrations of trace constituents and pollutants in the lower atmosphere from space, a development which heralds a new era for tropospheric chemistry. The authors describe how to develop and validate methods for determining tropospheric trace constituents from satellite data, to encourage the use of these data by atmospheric chemists, and to explore the undoubted synergism which will develop between satellite and ground-based measurements, and will eventually give rise to a permanent observation system for the troposphere. The book comprises several comprehensive overviews, prepared by acknowledged experts in the field, together with a series of individual reports from investigators whose work represents the cutting edge of the subject. A variety of results, giving global distributions of several species and their modelling are reported. Most results stem from ESA satellite data, but there is also an account of the North American work in this field which has mainly concentrated on global distributions of ozone. It is fair to say that the field, as it develops, will revolutionize the way in which atmospheric chemistry is done. This timely book provides a good introduction for anyone with an interest in the future of the troposphere.
Author: Benjamin Pajot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 177
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Pour améliorer la représentation du champ d'ozone atmosphérique fournie par des observations ou bien par un modèle numérique, on peut combiner ces deux sources d'information par des techniques d'assimilation de données. La taille des pixels des données issues des instruments embarqués à bord des satellites de dernière génération est cependant bien inférieure à la résolution horizontale couramment utilisée dans les Modèles de Chimie-Transport (MCT) en version globale. Ainsi ces observations apportent de l'information sur des structures de petite échelle du champ d'ozone ne pouvant être représentées par le modèle qu'avec l'augmentation de sa résolution. Dans le but d'assimiler l'information de petite échelle au sein du MCT MOCAGE de Météo-France avec une grille horizontale haute résolution tout en conservant un coût d'exécution raisonnable, nous avons développé une version spectrale du système d'assimilation de données Valentina du Cerfacs. Puis nous utilisons l'algorithme de la boucle externe conjointement avec la méthode variationnelle 3D-Var avec FGAT. Nous montrons que cette combinaison dégrade les analyses dans le cas de situations atmosphériques dominées par le transport. En conséquence, nous optons dans la suite pour la méthode variationnelle 4D-Var en terme d'incrément pour procéder aux simulations d'ozone haute résolution. Nous utilisons le système Valentina avec le MCT MOCAGE à basse et haute résolutions horizontales sur le mois de septembre 2008 durant lequel des structures de petite échelle sont présentes dans le champ d'ozone au voisinage du vortex polaire antarctique. Les colonnes totales d'ozone de l'instrument IASI, choisies pour leur haute répartition spatiale, ont été moyennées sur grilles modèle basse et haute résolution en deux jeux de super-observations. Nous les combinons aux profils d'ozone de l'instrument MLS pour contraindre la répartition verticale de l'information dans la stratosphère et la haute troposphère lors du processus d'assimilation de données. L'augmentation de résolution du modèle améliore les simulations directes du MCT et, dans une moindre mesure, les analyses issues de l'assimilation du jeu de données combinées basse résolution. En revanche, l'augmentation de résolution dans les super-observations conduit à une dégradation des analyses à certains niveaux verticaux car les données de MLS qui contraignent la structure verticale du profil d'ozone sont éparses par rapport aux données de IASI. Nous mettons ce résultat en lien avec le besoin d'avoir une source d'information sur la distribution verticale de l'ozone aussi dense que le jeu de données de colonnes totales assimilées telle l'information fournie par les Averaging Kernels.
Author: Marie-Laure Cathala
Author: Marie-Laure Cathala
Author: Marie-Laure Cathala
Author: Noureddine Semane
Author: Peter Borrell
Author: Adolf Ebel
Author: National Research Council
Author: Peter Borrell
Author: Benjamin Pajot
Author: Patrick Aimedieu
Author: Peter Borrell